陈忠伟院士：新一代电池材料与技术

据陈忠伟介绍，其团队聚焦动力电池及储能电池，基于基础电化学与材料布局，重点应用于锂电池、钠离子电池、固态电池、氢燃料电池，涉及氢电混动技术。团队重视人工智能与电池材料及管理的交叉研究，同时注重电化学传感器的研究，主要是智能电池、智能传感器在领域的利用。

下一代电池布局涵盖储能电池、动力电池、氢混动力电源，结合大连化物所氢能研究优势，布局氢混动力电源技术，还将水系电池视为储能领域重要方向，此外强调电池绿色循环也极具有重要性。目前，由教授、学生、博士后及专职工程师组成的全链条研发团队超170人，系统化布局实验室与中试基地 。

此次分享中，陈忠伟着重介绍了两项核心工作成果。

一、高安全、长寿命半固态 / 固态电池开发

在储能市场中，电化学储能占据着相当大的比例，而锂电池作为电化学储能的主要方式，其重要性日益凸显。随着锂电池的大规模应用，安全性和能量密度成为亟待解决的两大核心问题。固态电池虽备受关注，但全固态电池的大规模产业化仍处于早期阶段，面临着从材料到制造等多方面的挑战。

在此背景下，半固态或准固态电池展现出了产业化应用的潜力。固态电解质的引入，能够有效提升电池的安全性和能量密度，为解决上述两大挑战提供了可能。我们团队聚焦于复合固态电解质的研究，经过近十年的探索，发现复合固态电解质在离子电导率、化学稳定性等六个方面相较于其他类型电解质具有明显优势，更契合现有电池生产需求。

在研究过程中，我们从凝胶态电解质、离子液体电解质，到独特的限域单离子传输网络，不断发展复合固态电解质技术。固态电解质历经从高温聚合物到室温，再到复合固态电解质的十年发展历程，取得了一系列成果。我们以现有的陶瓷隔膜为对标对象，采用 “钢筋混凝土” 结构，通过复合材料设计，不仅提高了材料的安全性和稳定性，还增强了离子导电性和机械强度。

目前，已开发出不同系列的固态电解质隔膜，可应用于动力型、储能型及特种电子等领域。核心技术涵盖纳米级氧化物固态电解质开发、独特的聚合物固态电解质研发，通过无机与有机结合，进一步提升隔膜的机械强度和稳定性。此外，我们突破了凝胶准固态电解质技术，提高了离子导电性；利用原位聚合的凝胶准固态电解质，有效解决了电解质与电极的界面问题；开发的特殊固态电解质粘结剂，使电极与电解质界面粘结良好，为固态电池的应用奠定了坚实基础。

经实验验证，研发的电解质显著提高了电池的安全性。将第一代技术应用于磷酸铁锂电池，循环寿命、安全性和工作温域均得到提升，实验室小电池循环次数已超2万次，中试产品预计循环寿命超1.2万次，目前中试验证已完成，即将进入规模化生产阶段。

二、氢电混动技术研究

氢电混动技术的发展符合未来产业布局需求。氢能作为新兴能源产业，与汽车、飞行器等领域紧密相连。近年来，低空经济蓬勃发展，无人机、飞行汽车等市场前景广阔，但动力问题成为制约其发展的关键因素。动力电动化是低空经济发展的必然趋势，传统内燃机存在能量效率低、设计复杂、可靠性差等问题，而锂电池等现有电源技术的能量密度无法满足未来应用场景对动力的需求。

氢电混动技术成为理想选择，其能量密度最高可达1200Wh/kg，远超现有锂电池技术。我们实验室正在产业化的氢电混动电源系统能量密度已达 600Wh/kg，并在多旋翼无人机上得到初步应用，第一、二代产品均达到预期目标，同时我们正联合开发eVTOL，目标是实现800-900公里的航程。

氢电混动技术融合了氢燃料电池和锂电池的优点，弥补了二者的不足。氢燃料电池能量密度高、燃料加注快，但动态响应较慢；锂电池动态响应快，但能量密度低、续航短、充电时间长。将二者结合，可满足新兴市场产品对动力的需求。

自2002年起，我们便开始研究氢燃料电池，五年前针对无人机布局氢混动力开发。经过多年努力，在材料、电池、电堆、系统等方面进行了链条式研发，形成了三大核心技术：核心材料研发、电堆高比功率风冷阴极闭合式电堆技术、主动控制与智能策略高效协同技术。针对飞行器对轻量化的特殊要求，我们采用风冷阴极闭合式电堆，通过材料端 “三位一体” 的强化与耦合，结合仿真优化和人工智能技术，实现系统整合与效率提升。

目前，我们已形成锂电池到氢混动力的系统化产品，氢电混动产品能量密度达600Wh/kg，电堆比功率1500Wh/kg，处于世界领先水平，系统可在-40℃至80℃的宽温域工作。

我们还在开发普适化航空通用的氢电混动推进器，未来计划实现模块化开发，以满足不同飞行器需求。同时，产品已适配低空主流飞行器，并针对工业机器人主力电源进行设计，布局未来机器人市场。

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